I. Vật liệu xúc tác
Vật liệu xúc tác đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC). Nghiên cứu tập trung vào việc chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa nano Pt/Carbon, với mục tiêu tối ưu hóa hiệu suất xúc tác và giảm chi phí sản xuất. Pt/Carbon được chọn do khả năng dẫn điện cao và độ bền hóa học tốt. Quá trình chế tạo bao gồm việc xử lý carbon Vulcan XC-72R bằng các phương pháp hóa học để tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ nano Pt.
1.1. Phương pháp chế tạo
Phương pháp Polyol được sử dụng để chế tạo vật liệu xúc tác nano Pt/Carbon. Quá trình này bao gồm việc khử Pt4+ thành Pt0 bằng ethylene glycol, tạo ra các hạt nano Pt phân bố đều trên bề mặt carbon Vulcan XC-72R. Các yếu tố như nồng độ H2PtCl6, pH, và nhiệt độ được điều chỉnh để kiểm soát kích thước hạt nano và độ phân tán của chúng.
1.2. Ảnh hưởng của xử lý carbon
Việc xử lý carbon Vulcan XC-72R bằng HNO3 giúp tăng cường tính chất bề mặt, cải thiện khả năng hấp phụ nano Pt. Kết quả cho thấy, carbon xử lý có diện tích bề mặt lớn hơn và khả năng xúc tác tốt hơn so với carbon không xử lý.
II. Điện hóa nano
Điện hóa nano là lĩnh vực nghiên cứu các hiện tượng điện hóa xảy ra ở cấp độ nano, đặc biệt là trong các hệ thống pin nhiên liệu. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu xúc tác nano Pt/Carbon thông qua các phương pháp phân tích điện hóa như quét thế vòng tuần hoàn (CV). Kết quả cho thấy, nano Pt có kích thước nhỏ và phân bố đều trên bề mặt carbon giúp tăng cường hiệu suất xúc tác trong quá trình oxy hóa methanol.
2.1. Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn
Phương pháp CV được sử dụng để đánh giá hoạt tính xúc tác của vật liệu nano Pt/Carbon. Quá trình quét thế được thực hiện trong khoảng từ 0 đến 1V, với tốc độ quét 100mV/s. Kết quả cho thấy, vật liệu xử lý có mật độ dòng cao hơn và hiệu suất xúc tác tốt hơn so với vật liệu không xử lý.
2.2. Ảnh hưởng của pH
Môi trường pH có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình chế tạo và hiệu suất của vật liệu xúc tác. Kết quả nghiên cứu cho thấy, môi trường pH = 11 là tối ưu cho việc chế tạo nano Pt/Carbon, với kích thước hạt nhỏ và phân bố đều.
III. Ứng dụng trong pin nhiên liệu methanol trực tiếp
Pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC) là một trong những công nghệ tiềm năng để thay thế các nguồn năng lượng truyền thống. Vật liệu xúc tác nano Pt/Carbon được nghiên cứu để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất DMFC. Kết quả cho thấy, vật liệu xử lý có hiệu suất xúc tác cao hơn và độ bền tốt hơn so với vật liệu không xử lý.
3.1. Hiệu suất xúc tác
Hiệu suất xúc tác của vật liệu nano Pt/Carbon được đánh giá thông qua quá trình oxy hóa methanol. Kết quả cho thấy, vật liệu xử lý có mật độ dòng cao hơn và hiệu suất xúc tác tốt hơn, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.
3.2. Ứng dụng thực tế
Vật liệu xúc tác nano Pt/Carbon có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống pin nhiên liệu, đặc biệt là trong các thiết bị di động và phương tiện giao thông. Nghiên cứu này góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ pin nhiên liệu và hướng tới một nguồn năng lượng sạch và bền vững.
